$$\rightleftharpoonup{xx}$$
$$\longleftharp{xx}$$,
$$\longrightharp{xx}$$,
تصميم الهوائي وإعداد المحاكاة
تم تصميم الهوائي باستخدام برنامج المحاكاة الكهرومغناطيسية ثلاثي الأبعاد التجاري المبني على تقنية التكامل المحدود (FIT)10. تم تكوين معلمات المحاكاة كما يلي: (i) نوع المحلل: محلل مجال الزمن مع شبكة سداسية الأوجه؛ (2) نطاق التردد: 4–7 جيجاهرتز؛ (3) كثافة الشبكة: 20 خطا لكل طول موجي، مع تمكين تحسين الشبكة التكيفية مع عتبة دقة –30 ديسيبل؛ (4) شروط الحدود: فتح (إضافة فضاء) في جميع الاتجاهات مع الحد الأدنى للمسافة λ/4 من الهيكل؛ (v) شاشات الحقل البعيد: مهيأة على فواصل 0.1 جيجاهرتز عبر نطاق التردد؛ (6) إثارة المنفذ: منفذ الموجة مع مقاومة 50 Ω. تم اختيار مسدس روجرز RT/دورويد 8550 بسعة سماحية نسبية (εr) تبلغ 2.55، وسماكة 1.5 ملم، ومماس فقدان (تان δ) بقيمة 0.0033. نقطة التحقق البصرية: عند الانتهاء من هندسة النموذج، يجب أن يظهر هيكل الهوائي كما هو موضح في الشكل 1، مع خلايا وحدة CRLH محددة بوضوح، ومكثفات بين الرقميات، ومحفزات T-stub.
تصنيع هوائي CRLH-TL
استخدم الهوائي هيكل تغذية موجه موجي غير متماثل (CPW). تم تحقيق السعة التسلسلية باستخدام مكثف بين الرقميين، وتم تنفيذ الحث التحويلي باستخدام ملف T-stub، مع تحديد جميع الأبعاد الهندسية وفقا للتخطيط الموضح في الشكل 2A. تم تنفيذ حث التحويلة عبر ملف T-stub (عرض الساق: 0.5 مم، طول الساق: 15 مم، عرض القطع 6.0 مم، طول الطرف القصير 6.0 مم). بدلا من الفتحات التقليدية عبر الفتحات، تم دمج هيكل منحنى هيلبرت من الدرجة الثالثة (الأبعاد الخارجية: 7.87 مم × 7.87 مم؛ عرض الأثر: 0.48 مم؛ الفجوة: 1.19 مم؛ أطوال مقاطع إضافية 2.39 مم، 1.43 مم، و3.10 مم كما هو موضح في الشكل 2B) على الجانب الخلفي من الركيزة لتوفير الحمل الحثي مع تقليل خسائر الإشعاع11. تم ترتيب سبعة عشر خلية وحدة في مصفوفة خطية من 1 × 17 مع تباعد بين الخلايا 8.5 مم (تقريبا λg/4 عند 5.6 جيجاهرتز). تم تحسين أبعاد المكثف بين الرقمين وملف T-stub بشكل بارامتري؛ التصميم النهائي يتوافق مع التكوين الذي يعطي أقصى كسب وأدنى S11، كما هو موضح في الشكل 2.
تنفيذ هيكل EBG
تم طباعة مصفوفة 17 × 1 من هياكل منحنى هيلبرت من الدرجة الثالثة على السطح الخلفي للركيزة، محاذة بشكل متزامن المركزية مع كل ملف T-stub. كل عنصر هيلبرت كان يشغل مساحة 7.87 مم × 7.87 مم، مع وضع ملف T-stub مركزيا داخل هذه المنطقة لتعظيم الاقتران الحثي12. تم وضع مصفوفة EBG بحيث يتزامن محورها الطولي مع خط مركز مصفوفة CRLH-TL، مع تسجيل باستخدام علامات المحاذاة البصرية أثناء التصوير الضوئي الحجري. يقوم هيلبرت EBG بكبح انتشار الموجة السطحية ويحسن مطابقة الممانعة13. نقطة التحقق البصرية: الهندسة الكسرية من الدرجة الثالثة لهيلبرت المستخدمة في تنفيذ EBG موضحة في الشكل 2B.
تصميم عاكس AMC
تم تصميم مصفوفة عاكسة بحجم 7 × 10 AMC باستخدام خلايا وحدة سداسية (طول الجانب: 5.2 مم؛ دورية: 9.0 مم). كل خلية وحدة كانت تحتوي على ثلاث فتحات مستطيلة (الطول: 3.5 مم؛ العرض: 0.4 مم) مرتبة بفواصل 120° على مركز الرقعة لتحقيق طور انعكاس صفر عند 5.6 جيجاهرتز. تم تصنيع المصفوفة على ركيزة روجرز RT/دورويد مماثلة ووضعت على بعد 8.0 مم (تقريبا λ0/6.7 عند 5.6 جيجاهرتز) أسفل مستوى أرضية الهوائي. تم الحفاظ على تباعد العناصر عند 0.5 مم بين السداسيات المجاورة، مما أدى إلى بصمة مصفوفة إجمالية تبلغ 200 مم × 100 مم. تم تحقيق محاذاة مصفوفة AMC بالنسبة للهوائي باستخدام تثبيت ميكانيكي مع مراحل قابلة للتعديل بالميكرومتر، مما يضمن دقة موقعية تبلغ ±0.1 مم. نقطة التحقق البصرية: يجب أن تتوافق هندسة وحدة الخلية العاكسة AMC وتخطيط المصفوفة الكامل مع الشكل 3.
تكامل المفاتيح البصرية
تم دمج مقاومات الاعتماد على الضوء (LDRs) المثبتة على السطح في قسم T لكل خلية وحدة CRLH. تم وضع كل فاصل عبر فجوة 0.5 مم في ساق ملف T-stub، على بعد 3.0 مم من نقطة التصلب. تم إجراء التثبيت عن بعد باستخدام الإيبوكسي الموصل الذي تم معالجته عند 80°C لمدة 30 دقيقة. كان ديود ليزر أحمر خارجي بقطر 635 نانومتر (القدرة البصرية: 5 ميلي واط؛ قطر الشعاع: 3 مم) بمثابة مصدر بصري. كان شعاع الليزر يوجه عبر نظام مرآة الجلفانومتر الذي يتحكم فيه الحاسوب، مما أتاح الإضاءة الانتقائية لمجموعات الجلفانومتر الفردية أو مجموعات الأشعة الطويلة. لتوصيف الحالة الخارجية، تم حجب الإضاءة باستخدام أغطية كلوريد بولي فينيل أسود معتمة (PVC) (السماكة: 1.5 مم؛ الأبعاد: 10 مم × 15 مم) مثبتة فوق كل عرض بعيد. نقطة التحقق البصرية: يجب أن تكون نقاط دمج العلاقات عن بعد داخل هيكل T stub مرئية، كما هو موضح في الشكل 1.
عملية التصنيع والقياس
استخدم تصنيع الهوائيات عملية نقش كيميائي رطب. تم تنظيف ألواح الركيزة بكحول الأيزوبروبيل، وتجفيفها عند 60°C لمدة 10 دقائق، وتغليفة بطبقة ضوئية إيجابية (AZ 4562، مغطاة بالدوران عند 3000 دورة في الدقيقة لمدة 30 ثانية، وخبزت طريا عند 100°C لمدة 90 ثانية). تم إجراء التعرض للأشعة فوق البنفسجية (350 نانومتر، 12 ميلاواط/سم2، 25 ثانية) من خلال قناع ضوئي، تلاه تطوير في مطور AZ 400K (تخفيف بنسبة 1:4 بماء منزوع الأيون، 45 ثانية). تم إجراء نقش النحاس باستخدام محلول كلوريد الحديدي (FeCl₃، 40٪ w/v، 40°C، 8 دقائق)16. تمت إزالة الفوتوريست المتبقي بالأسيتون، ثم شطفه بالماء منزوع الأيونات والنيتروجين في تجفيف17. نقطة تفتيش بصرية: النموذج الأولي للهوائي المصنع كما هو موضح في الشكل 4.
أجريت القياسات داخل غرفة محمية بالترددات الراديوية (الأبعاد: 4.5 م × 3.0 م × 2.5 م؛ العزل > 90 ديسيبل من 1 إلى 12 جيجاهرتز). تم تركيب الهوائي قيد الاختبار (AUT) على موضع سمت/ارتفاع يتحكم فيه الكمبيوتر (دقة دوران: ±0.1°؛ النطاق الزاوي: 360° سمت، ±90°). كان هوائي البوق ذو الحافة العريضة (1–12 جيجاهرتز) يعمل كهوائي مرجعي. تم إجراء قياسات معاملات S باستخدام محلل شبكة متجهية معاير بواسطة مجموعة معايرة SOLT (تحميل قصير مفتوح عبر المنفذين). تم تحديد كسب الحقل البعيد باستخدام طريقة نقل الكسب باستخدام جهاز كسب قياسي معروف (8.2 ديسيبل بل عند 5.6 جيجاهرتز). أجريت جميع القياسات في ظروف مختبرية محيطة (درجة الحرارة: 22 ± 1 درجة مئوية؛ الرطوبة النسبية: 45 ± 5٪).